ग्यास

पृथ्वीलाई चारैतिरबाट ढाकेको हावाको तहलाई वायुमण्डल भनिन्छ। वायुमण्डल धेरै किसिमका ग्यासको मिश्रण हो।

हावाको करिब 99% भाग नाइट्रोजन (78%) र अक्सिजन (21%) ले ओगटेको हुन्छ। बाँकी 1% मा धेरैजसो आर्गन हुन्छ। त्यसमा अलिकति कार्बनडाइअक्साइड र अति थोरै मात्रामा नियोन, हिलियम, मिथेन, क्रिप्टन, हाइड्रोजन, ओजोन आदि ग्यास पनि हुन्छन्। हावामा पानीको बाफ पनि हुन्छ। सुक्खा जाडोमा यो लगभग हुँदैन भने ओसिलो बर्खे दिनमा करिब 4% सम्म पुग्छ।

ग्यास वायुमण्डलमा मात्र हुँदैनन्। वनस्पति, जीवजन्तु, पानी, खाना र चट्टानमा पनि विभिन्न ग्यास यौगिकका रूपमा रहेका हुन्छन्। पानी र चुनढुङ्गामा अक्सिजन हुन्छ, पानी र हरेक किसिमको चिनीमा हाइड्रोजन हुन्छ भने हरेक प्रोटिनमा नाइट्रोजन हुन्छ। भारका आधारमा मानव शरीरको करिब 96% भाग जम्मा चारओटा तत्त्व मिलेर बनेको हुन्छ: अक्सिजन (करिब 65%), कार्बन (18%), हाइड्रोजन (10%) र नाइट्रोजन (3%)। तत्त्वका रूपमा यीमध्ये तीनओटा ग्यास हुन्। सजीवले श्वासप्रश्वास र प्रकाश संश्लेषणमा तथा विभिन्न यौगिक बनाउन ग्यासको प्रयोग गर्छन्।

हामीलाई चाहिने ग्यास वायुमण्डलबाट सिधै वा कारखानामा बनाएर प्राप्त गरिन्छ। वैज्ञानिक अध्ययनका लागि ग्यासलाई प्रयोगशालामा पनि बनाइन्छ।

हाइड्रोजन सबैभन्दा हलुका ग्यास हो। ब्रह्माण्डमा सबैभन्दा धेरै पाइने तत्त्व पनि यही हो। सूर्य र ताराहरू धेरैजसो हाइड्रोजनले बनेका छन्। पृथ्वीमा भने स्वतन्त्र हाइड्रोजन ग्यास धेरै कम पाइन्छ। यहाँ हाइड्रोजन यौगिकका रूपमा पाइन्छ, जस्तै: पानी, अम्ल, क्षार, हाइड्रोकार्बन (गोबर ग्यासको मिथेनजस्ता), कार्बोहाइड्रेट, प्रोटिन र बोसो।

हाइड्रोजनका तीनओटा आइसोटोप हुन्छन्। पारमाणविक सङ्ख्या समान तर पारमाणविक भार फरक भएका एउटै तत्त्वका परमाणुलाई आइसोटोप भनिन्छ।

आइसोटोप	प्रोटोन	न्युट्रोन	पारमाणविक भार
प्रोटियम, ¹₁H	1	0	1
ड्युटेरियम, ²₁H	1	1	2
ट्रिटियम, ³₁H	1	2	3

लगभग सबै हाइड्रोजन प्रोटियम हो। ड्युटेरियम विरलै पाइन्छ भने ट्रिटियम रेडियोधर्मी हुन्छ।

सन् 1766 मा अङ्ग्रेज रसायनशास्त्री हेनरी क्याभेन्डिस (Henry Cavendish) ले धातुमा अम्ल खन्याएर हाइड्रोजन बनाएका थिए। यो बल्ने एउटा छुट्टै ग्यास हो भनी उनले देखाएका थिए र यसलाई “प्रज्वलन हावा” (inflammable air) भनेका थिए। यो ग्यास अक्सिजनमा बल्दा पानी बन्ने भएकाले फ्रान्सेली रसायनशास्त्री आन्त्वान ल्याभोइजर (Antoine Lavoisier) ले यसको नाम हाइड्रोजन राखेका हुन्। ग्रिक भाषामा हाइड्रोजनको अर्थ “पानी बनाउने” हुन्छ।

सङ्केत	पारमाणविक सङ्ख्या	पारमाणविक भार	अणु सूत्र	घनत्व
H	1	1	H₂	0.09 kg/m³ (हावा: करिब 1.29 kg/m³)

प्रयोगशालामा हाइड्रोजन ग्यास बनाउने तरिका

जस्ता (जिङ्क) र म्याग्नेसियमजस्ता सक्रिय धातुहरूले फिक्का अम्लमा भएको हाइड्रोजनलाई विस्थापित गर्छन्। यसै तथ्यका आधारमा प्रयोगशालामा जिङ्कका टुक्रा र फिक्का हाइड्रोक्लोरिक अम्लबिच प्रतिक्रिया गराएर हाइड्रोजन बनाइन्छ। फिक्का सल्फ्युरिक अम्लबाट पनि हाइड्रोजन बन्छ।

$$\text{Zn(s)} + 2\text{HCl(aq)} \rightarrow \text{ZnCl}_2\text{(aq)} + \text{H}_2\uparrow$$

(H₂ पछिको ↑ चिह्नले यो ग्यासका रूपमा बाहिर निस्कन्छ भन्ने जनाउँछ।) एकदम शुद्ध जिङ्कसँग प्रतिक्रिया बिस्तारै हुन्छ। त्यसैले बजारमा पाइने अशुद्ध जिङ्कका टुक्रा प्रयोग गरिन्छ। अशुद्ध जिङ्कमा तामाजस्ता अरू धातु थोरै मात्रामा मिसिएका हुन्छन्। यस्ता धातुका कारण प्रतिक्रिया धेरै छिटो हुन्छ।

सावधानीहरू

1. सबै उपकरण राम्ररी धोएको हुनुपर्छ।
2. प्रतिक्रिया छिटो होस् भनेर अशुद्ध जिङ्क (जिङ्कका टुक्रा) प्रयोग गर्नुपर्छ।
3. ग्यास नचुहियोस् भनेर उपकरणका सबै जोर्नी हावा नछिर्ने हुनुपर्छ।
4. फिक्का अम्ल प्रयोग गर्नुपर्छ। गाढा सल्फ्युरिक अम्ल र नाइट्रिक अम्ल प्रयोग गर्दा हाइड्रोजनको सट्टा अरू ग्यास (सल्फर डाइअक्साइड र नाइट्रोजनका अक्साइड) निस्कन्छन्।
5. ग्यास फनेलबाट बाहिर नजाओस् भनेर थिसल फनेलको तल्लो टुप्पो अम्लमा डुबेको हुनुपर्छ। डेलिभरी ट्युबमा ग्यास मात्र पसोस् भनेर बोतलभित्र डेलिभरी ट्युबको टुप्पो भने अम्लभन्दा माथि हुनुपर्छ।
6. ग्यासजार पानीले टम्म भरेको हुनुपर्छ। त्यसमा हावाको एउटा फोका पनि हुनुहुँदैन।
7. आगो टाढा राख्नुपर्छ। हावामा मिसिएको हाइड्रोजनमा आगो लाग्दा विस्फोट हुन्छ।

हाइड्रोजन ग्यासको परीक्षण

हाइड्रोजन भएको परीक्षण नली वा जारको मुखमा बलिरहेको काँटी (काठको छेस्को) वा बलिरहेको मैनबत्ती लैजाँदा हाइड्रोजन “पप” आवाज र फिक्का निलो ज्वालासहित बल्छ। काँटीलाई जारभित्र घुसाइयो भने काँटी आफैँ निभ्छ। हावाको अक्सिजनसँग मिसिएको हाइड्रोजनमा सानो विस्फोट हुँदा पप आवाज आउँछ: 2H₂ + O₂ → 2H₂O। अरू कुनै सामान्य ग्यासमा यस्तो हुँदैन।

हाइड्रोजन ग्यासका भौतिक गुणहरू

1. हाइड्रोजन रङहीन, गन्धहीन र स्वादहीन ग्यास हो।
2. यो सबैभन्दा हलुका ग्यास हो। यो हावाभन्दा करिब 14 गुणा हलुका हुन्छ।
3. यो पानीमा मुस्किलले घुल्छ।
4. यसले लिटमस पेपरमा कुनै असर गर्दैन, त्यसैले यो तटस्थ ग्यास हो।
5. यो −253 °C मा तरल र −259 °C मा ठोस अवस्थामा परिणत हुन्छ।

हाइड्रोजन ग्यासका रासायनिक गुणहरू

1. हाइड्रोजनले अक्सिजनसँग प्रतिक्रिया गर्दा पानी बन्छ। हाइड्रोजन र अक्सिजनको मिश्रणमा आगो लगाउँदा विस्फोट हुन्छ:

$$2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$$
2. उच्च तापक्रममा हाइड्रोजनले केही अधातुसँग प्रतिक्रिया गर्छ:

$$\text{C} + 2\text{H}_2 \rightarrow \text{CH}_4 \ \text{(मिथेन)}$$
$$\text{S} + \text{H}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{S} \ \text{(हाइड्रोजन सल्फाइड)}$$
3. धेरै सक्रिय धातु (सोडियम, पोटासियम, क्याल्सियम) लाई हाइड्रोजनमा तताउँदा ठोस हाइड्राइड बन्छन्। हाइड्राइडले पानीसँग प्रतिक्रिया गर्दा फेरि हाइड्रोजन निस्कन्छ:

$$2\text{Na} + \text{H}_2 \rightarrow 2\text{NaH} \ \text{(सोडियम हाइड्राइड)}$$
$$2\text{K} + \text{H}_2 \rightarrow 2\text{KH} \ \text{(पोटासियम हाइड्राइड)}$$
$$\text{Ca} + \text{H}_2 \rightarrow \text{CaH}_2 \ \text{(क्याल्सियम हाइड्राइड)}$$
4. कम सक्रिय धातुका अक्साइडबाट हाइड्रोजनले अक्सिजन हटाउँछ। फलाम, तामा वा सिसाजस्ता धातुको रातो तातो अक्साइडमाथि हाइड्रोजन पठाउँदा हाइड्रोजन अक्सिजनसँग मिलेर पानी बन्छ र धातु स्वतन्त्र हुन्छ:

$$\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{H}_2 \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{H}_2\text{O}$$
$$\text{CuO} + \text{H}_2 \rightarrow \text{Cu} + \text{H}_2\text{O}$$
$$\text{PbO} + \text{H}_2 \rightarrow \text{Pb} + \text{H}_2\text{O}$$
कपर अक्साइडमा यो प्रतिक्रिया आँखैले देख्न सकिन्छ: कालो धुलो चम्किलो, गुलाफी-खैरो तामामा बदलिन्छ।

कुनै यौगिकबाट अक्सिजन हट्ने (वा त्यसमा हाइड्रोजन जोडिने) प्रक्रियालाई रिडक्सन भनिन्छ। माथिका प्रतिक्रियाहरू रिडक्सन प्रतिक्रिया हुन्। यहाँ हाइड्रोजनले रिड्युसिङ एजेन्टको काम गर्छ।

हाइड्रोजन ग्यासका उपयोगिता

1. धातुका अक्साइडबाट धातु निकाल्न (रिडक्सन) हाइड्रोजन प्रयोग गरिन्छ।
2. हेबर प्रक्रियामा हाइड्रोजनलाई नाइट्रोजनसँग प्रतिक्रिया गराएर एमोनिया बनाइन्छ। धेरैजसो एमोनियाबाट मल बनाइन्छ।
3. तरल वनस्पति तेलमा हाइड्रोजन पठाएर ठोस बोसो, वनस्पति घिउ बनाइन्छ। यस प्रक्रियालाई हाइड्रोजिनेसन भनिन्छ। (आंशिक रूपमा हाइड्रोजिनेसन गरिएको बोसोमा ट्रान्स फ्याट हुन्छ। यो मुटुका लागि हानिकारक हुने भएकाले अहिले धेरै देशले यसको प्रयोग सीमित गरेका छन्।)
4. रकेटको इन्धनका रूपमा हाइड्रोजन प्रयोग गरिन्छ। तरल हाइड्रोजन तरल अक्सिजनसँग बल्दा धेरै ठुलो ऊर्जा निस्कन्छ र यही ऊर्जाबाट रकेट प्रक्षेपण हुन्छ।
5. धातु जोड्न (वेल्डिङ) र काट्न हाइड्रोजन प्रयोग गरिन्छ। अक्सिजनमा हाइड्रोजन बल्दा करिब 2,800 °C तापक्रमको अक्सि-हाइड्रोजन ज्वाला (oxy-hydrogen flame) बन्छ।
6. मौसम अध्ययन गर्ने बेलुन भर्न र केही कार तथा बसमा सफा इन्धनका रूपमा हाइड्रोजन प्रयोग गरिन्छ। यस्ता सवारी साधनबाट पानी मात्र निस्कन्छ।

जीवहरूलाई श्वासप्रश्वास गर्न अक्सिजन आवश्यक पर्छ। आयतनका हिसाबले वायुमण्डलमा करिब 21% अक्सिजन पाइन्छ। यौगिकका रूपमा यो जताततै पाइन्छ। कार्बोहाइड्रेट, प्रोटिन, बोसो, काठ आदि प्राङ्गारिक यौगिकमा र क्याल्सियम कार्बोनेट (चुनढुङ्गा), सिलिका (बालुवा), पानी आदि अप्राङ्गारिक यौगिकमा अक्सिजन तत्त्व हुन्छ। भारका आधारमा पृथ्वीको क्रस्टको झन्डै आधा भाग अक्सिजन हो।

सन् 1774 मा अङ्ग्रेज वैज्ञानिक जोसेफ प्रिस्टली (Joseph Priestley) ले ठुलो लेन्सबाट घामलाई केन्द्रित गरी पारोको रातो अक्साइड (HgO) तताएर अक्सिजन बनाएका थिए। स्विडेनका रसायनशास्त्री कार्ल शिले (Carl Scheele) ले यसलाई अलि अगाडि नै बनाइसकेका थिए, तर उनले पछि मात्र प्रकाशित गरे। यो ग्यास वास्तवमा के हो भन्ने कुरा ल्याभोइजरले देखाएका थिए र उनैले यसको नाम अक्सिजन राखेका थिए।

सङ्केत	पारमाणविक सङ्ख्या	पारमाणविक भार	अणु सूत्र	घनत्व
O	8	16	O₂	1.43 kg/m³

प्रयोगशालामा अक्सिजन ग्यास बनाउने तरिका

क. ताप दिएर

अक्सिजन धेरै भएका केही यौगिकलाई तताउँदा अक्सिजन निस्कन्छ। यसै तथ्यका आधारमा प्रयोगशालामा पोटासियम क्लोरेट (KClO₃) मा अलिकति म्याङ्गानिज डाइअक्साइड (MnO₂) उत्प्रेरकका रूपमा मिसाएर तताइन्छ र अक्सिजन बनाइन्छ:

$$2\text{KClO}_3 \xrightarrow[\Delta]{\text{MnO}_2} 2\text{KCl} + 3\text{O}_2\uparrow$$

यस प्रतिक्रियामा म्याङ्गानिज डाइअक्साइड खर्च हुँदैन। यसको उपस्थितिमा पोटासियम क्लोरेटबाट धेरै कम तापक्रममै र एकनासले अक्सिजन निस्कन्छ।

सावधानीहरू

1. चित्रमा देखाइएजस्तै हार्डग्लास टेस्टट्युबको मुख बन्द छेउभन्दा अलिकति तल हुने गरी जडान गर्नुपर्छ। यसो गर्दा रसायनमा भएको ओस मुखनजिक चिसिएर बनेको पानी बाहिरतिर बग्छ। पानी फर्केर तातो सिसामा पुग्दैन र सिसा चर्कँदैन।
2. उपकरणका सबै जोर्नी हावा नछिर्ने हुनुपर्छ।
3. ग्यासजार पानीले टम्म भरेको हुनुपर्छ, त्यसमा कत्ति पनि हावा हुनुहुँदैन।
4. काम सकिएपछि ताप दिन बन्द गर्नुभन्दा पहिले डेलिभरी ट्युबलाई पानीबाट निकाल्नुपर्छ। नत्र ट्युब चिसिँदै जाँदा पानी तानिएर तातो टेस्टट्युबभित्र पस्छ र टेस्टट्युब चर्कन्छ।

ख. ताप नदिई

प्रयोगशालामा कोठाको तापक्रममै पनि अक्सिजन बनाउन सकिन्छ। म्याङ्गानिज डाइअक्साइड उत्प्रेरकको उपस्थितिमा हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H₂O₂) विघटन भएर अक्सिजन दिन्छ:

$$2\text{H}_2\text{O}_2 \xrightarrow{\text{MnO}_2} 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2\uparrow$$

सावधानीहरू

1. उपकरणका सबै जोर्नी हावा नछिर्ने गरी जोड्नुपर्छ।
2. अक्सिजन फनेलबाट बाहिर नजाओस् भनेर थिसल फनेलको टुप्पो डुब्ने गरी पर्याप्त हाइड्रोजन पेरोक्साइड राख्नुपर्छ।
3. शुद्ध म्याङ्गानिज डाइअक्साइड प्रयोग गर्नुपर्छ।

अक्सिजन ग्यासको परीक्षण

ग्यास भएको जारमा दहकिरहेको काँटी घुसाइन्छ। काँटीलाई बालेर फुकेर निभाउँदा यसको टुप्पो मात्र रातो भएर चम्किरहन्छ। यही दहकिरहेको काँटी हो। यो काँटी फेरि बल्यो भने जारको ग्यास अक्सिजन हो भनी पुष्टि हुन्छ। बलिरहेको मैनबत्ती वा काँटी अक्सिजनमा हावामा भन्दा धेरै चम्किलो र ठुलो ज्वालासहित बल्छ।

अक्सिजन ग्यासका भौतिक गुणहरू

1. अक्सिजन रङहीन, गन्धहीन र स्वादहीन ग्यास हो।
2. यो हावाभन्दा अलिकति गह्रौँ हुन्छ।
3. यो पानीमा आंशिक रूपमा घुल्छ। माछा पानीमा घुलेको यही थोरै अक्सिजनबाट सास फेर्छन्।
4. यसले लिटमस पेपरमा कुनै असर गर्दैन, त्यसैले यो तटस्थ ग्यास हो।
5. यो −183 °C मा फिक्का निलो तरल र करिब −219 °C मा ठोस अवस्थामा परिणत हुन्छ।
6. यो आफैँ बल्दैन, तर बल्न मदत गर्छ। अक्सिजनमा वस्तुहरू हावामा भन्दा धेरै जोडले बल्छन्।

अक्सिजन ग्यासका रासायनिक गुणहरू

1. धातुलाई अक्सिजनमा बाल्दा धातुको अक्साइड बन्छ। धातु + अक्सिजन → धातुको अक्साइड:

$$4\text{Na} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{Na}_2\text{O} \ \text{(सोडियम अक्साइड)}$$
$$4\text{K} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{K}_2\text{O} \ \text{(पोटासियम अक्साइड)}$$
$$2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO} \ \text{(म्याग्नेसियम अक्साइड)}$$

2. अधातुलाई अक्सिजनमा बाल्दा अधातुको अक्साइड बन्छ। अधातु + अक्सिजन → अधातुको अक्साइड:

$$2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} \ \text{(पानी)}$$
$$\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 \ \text{(कार्बनडाइअक्साइड)}$$
$$\text{S} + \text{O}_2 \rightarrow \text{SO}_2 \ \text{(सल्फर डाइअक्साइड)}$$
$$4\text{P} + 5\text{O}_2 \rightarrow 2\text{P}_2\text{O}_5 \ \text{(फस्फोरस पेन्टाअक्साइड)}$$
3. हाइड्रोकार्बन अक्सिजनमा बल्दा कार्बनडाइअक्साइड, पानी र ऊर्जा निस्कन्छ। हाइड्रोकार्बन + अक्सिजन → कार्बनडाइअक्साइड + पानी + ऊर्जा:

$$\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + \text{ऊर्जा} \ \text{(मिथेन)}$$
$$\text{C}_2\text{H}_4 + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + \text{ऊर्जा} \ \text{(इथिन)}$$
4. ग्लुकोजले अक्सिजनसँग प्रतिक्रिया गर्दा कार्बनडाइअक्साइड, पानी र ऊर्जा निस्कन्छ। सजीवको श्वासप्रश्वासमा यही प्रतिक्रियाबाट ऊर्जा उत्पन्न हुन्छ:

$$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + \text{ऊर्जा}$$
5. अल्कोहल अक्सिजनमा बल्दा कार्बनडाइअक्साइड, पानी र ऊर्जा निस्कन्छ:

$$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO}_2 + 3\text{H}_2\text{O} + \text{ऊर्जा} \ \text{(इथाइल अल्कोहल)}$$

अक्सिजन ग्यासका उपयोगिता

1. केही सूक्ष्म जीवबाहेक सबै सजीवले खानाबाट ऊर्जा पाउन श्वासप्रश्वासमा अक्सिजन प्रयोग गर्छन्।
2. धातु जोड्न (वेल्डिङ) र काट्न अक्सिजन प्रयोग गरिन्छ। यसका लागि अक्सि-एसिटिलिन ज्वाला (oxy-acetylene flame, करिब 3,200 °C) वा अक्सि-हाइड्रोजन ज्वाला प्रयोग हुन्छ।
3. अस्पतालमा सास फेर्न गाह्रो भएका बिरामीलाई अक्सिजन दिइन्छ।
4. सास फेर्न पुग्ने जति अक्सिजन नहुने ठाउँमा सिलिन्डरको अक्सिजन प्रयोग गरिन्छ। पर्वतारोही, खानीमा काम गर्ने मानिस, पानीमुनि डुबुल्की मार्ने र अन्तरिक्ष यात्रीहरूले यसलाई प्रयोग गर्छन्। पनडुब्बीमा पनि यसको प्रयोग हुन्छ।
5. स्टिल बनाउँदा पग्लिएको फलाममा अक्सिजन फुकिन्छ। यसरी फलामका अशुद्धि जलेर हट्छन्।
6. रकेट इन्जिनमा तरल हाइड्रोजन वा मटितेललाई बाल्न अक्सिजन प्रयोग गरिन्छ।

ओजोन अक्सिजनकै एउटा रूप हो। यसको अणुमा तीनओटा अक्सिजन परमाणु हुन्छन् र यसको अणु सूत्र O₃ हो (साधारण अक्सिजनको O₂ हुन्छ)। ओजोन तीखो गन्ध भएको फिक्का निलो ग्यास हो। फोटोकपी मेसिनको नजिक वा चट्याङसहितको पानी परेपछिको हावामा यसको गन्ध आउन सक्छ। तरल अवस्थामा यो गाढा निलो देखिन्छ।

वायुमण्डलको माथिल्लो भागमा सूर्यबाट आउने पराबैजनी (UV) किरणले केही अक्सिजन अणुलाई टुक्र्याएर एक्ला अक्सिजन परमाणु बनाउँछ। यस्ता परमाणुलाई कहिलेकाहीँ nascent oxygen भनिन्छ। त्यसपछि एउटा अक्सिजन परमाणु र एउटा अक्सिजन अणु मिलेर ओजोन बन्छ:

$$\text{O}_2 \xrightarrow{\text{पराबैजनी किरण}} \text{O} + \text{O}$$
$$\text{O}_2 + \text{O} \rightarrow \text{O}_3 \ \text{(ओजोन)}$$

यसरी बनेको ओजोन समताप मण्डलमा जम्मा भई एउटा तह बन्छ। समताप मण्डल बादल र मौसमभन्दा माथिको वायुमण्डलको भाग हो। यही तहलाई ओजोन तह भनिन्छ। यो तह जमिनबाट करिब 15 देखि 35 km माथि हुन्छ र करिब 20 देखि 25 km को उचाइमा सबैभन्दा धेरै ओजोन हुन्छ। (यो तहको कुनै स्पष्ट किनारा नहुने भएकाले पुस्तकहरूमा यसको उचाइ अलि फरक, करिब 15 देखि 50 km सम्म दिइएको पाइन्छ।)

ओजोन तहको महत्त्व

ओजोन तहले सूर्यबाट आउने धेरैजसो पराबैजनी किरण सोस्छ। यसले गर्दा यी हानिकारक किरण पृथ्वीको सतहसम्म आइपुग्न पाउँदैनन्। त्यसैले यस तहलाई पृथ्वीको रक्षा तह भनिन्छ।

• क.ओजोन तहले पृथ्वीको मौसम र तापक्रम सन्तुलनमा राख्न मदत गर्छ। (पराबैजनी किरण सोस्दा समताप मण्डल तात्छ र यसले वायुमण्डलमा हावा चल्ने तरिकामा असर पार्छ।)
• ख.यसले जमिन र पानीका सजीव तथा तिनले बनाएका पारिस्थितिक प्रणालीलाई जोगाउँछ।
• ग.यसले पारिस्थितिक प्रणालीलाई नष्ट हुनबाट बचाउँछ र सन्तुलनमा राख्छ।
• घ.पराबैजनी विकिरणबाट हुने रोग र क्षतिबाट यसले मानिस, जीवजन्तु र बिरुवालाई बचाउँछ।

ओजोन तहको ह्रास

समताप मण्डलमा ओजोन तह पातलो हुँदै जाने प्रक्रियालाई ओजोन तहको ह्रास भनिन्छ। ओजोन तहलाई ह्रास गराउने मुख्य रसायन क्लोरोफ्लोरोकार्बन (CFCs) हुन्। पहिले फ्रिज, एयर कन्डिसनर, एरोसोल स्प्रे र फोममा यिनको प्रयोग हुन्थ्यो। ह्यालोन (आगो निभाउने यन्त्रमा प्रयोग हुने), कार्बन टेट्राक्लोराइड, मिथाइल क्लोरोफर्म, मिथाइल ब्रोमाइड (माटोका किरा मार्न प्रयोग हुने) र नाइट्रोजनका अक्साइड (विशेष गरी नाइट्रोजनयुक्त मलबाट निस्कने नाइट्रस अक्साइड, N₂O) ले पनि ओजोन तहको ह्रास गराउँछन्।

यी ग्यास तल्लो वायुमण्डलमा धेरै स्थिर हुन्छन्। त्यसैले यिनी वर्षौँसम्म नष्ट नभई रहन्छन् र बिस्तारै माथि समताप मण्डलसम्म पुग्छन्। त्यहाँ पराबैजनी किरणले यिनलाई टुक्र्याउँछ र क्लोरिन वा ब्रोमिनका परमाणु स्वतन्त्र हुन्छन्। हरेक क्लोरिन परमाणुले ओजोन नष्ट गर्छ र फेरि स्वतन्त्र भएर अरू ओजोन नष्ट गर्छ:

$$\text{CFCl}_3 \xrightarrow{\text{पराबैजनी किरण}} \text{CFCl}_2 + \text{Cl}$$
$$\text{Cl} + \text{O}_3 \rightarrow \text{ClO} + \text{O}_2$$
$$\text{ClO} + \text{O} \rightarrow \text{Cl} + \text{O}_2$$

यस प्रतिक्रियामा क्लोरिन परमाणु खर्च हुँदैन। त्यसैले अर्को कुनै यौगिकमा बाँधिनुअघि एउटै क्लोरिन परमाणुले हजारौँ ओजोन अणु नष्ट गर्न सक्छ। ह्रास निरन्तर भइरहँदा ओजोन तह निकै पातलो भएर हरेक वर्ष वसन्त ऋतुमा (सेप्टेम्बरदेखि नोभेम्बरसम्म) अन्टार्कटिकामाथि ओजोन तहमा प्वाल (ozone hole) पर्छ।

ओजोन तह ह्रासका असरहरू

ओजोन तह पातलो हुँदा सूर्यबाट आउने धेरै पराबैजनी किरण पृथ्वीको सतहसम्म आइपुग्छन्। यसबाट सजीव र वातावरण दुवैमा असर पर्छ:

• क.मानव स्वास्थ्यमा पर्ने असर: पराबैजनी किरणको असरले आँखा पोल्ने र चिलाउने हुन्छ र मोतीविन्दु (आँखाको लेन्स धमिलो हुने रोग) लाग्छ। छाला डढ्ने, चिलाउने र फोका उठ्ने हुन्छ र छालाको क्यान्सर हुन सक्छ। शरीरको प्रतिरक्षा प्रणाली पनि कमजोर हुन्छ। पराबैजनी किरणले DNA लाई क्षति पुर्‍याउँछ र यसबाट हानिकारक परिवर्तन (उत्परिवर्तन) हुन सक्छ।
• ख.बोटबिरुवामा पर्ने असर: पराबैजनी किरणले बोटबिरुवाको वृद्धि र प्रकाश संश्लेषणको दर घटाउँछ। यसले गर्दा बालीको उत्पादन घट्छ।
• ग.पारिस्थितिक प्रणालीमा पर्ने असर: समुद्रको सतहमा बस्ने स-साना प्लाङ्क्टन माछाको आहार हुन्। पराबैजनी किरणले यिनलाई र धेरै जीवजन्तुका अन्डा तथा बच्चालाई हानि पुर्‍याउँछ। त्यसैले पूरै खाद्यशृङ्खला र पारिस्थितिक प्रणाली असन्तुलित हुन्छन्।
• घ.वस्तुहरूमा पर्ने असर: पराबैजनी किरणका कारण प्लास्टिक, रङ र रबर छिटो चर्कन्छन् र फिक्का हुन्छन्।

ओजोन तह जोगाउने तरिका

• क.CFC र ओजोन तहको ह्रास गराउने अरू रसायन निस्कने यन्त्र तथा सामग्रीको प्रयोग बन्द गर्नुपर्छ। पुराना फ्रिज र एयर कन्डिसनरका ग्यास बाहिर नछोडी सङ्कलन गर्नुपर्छ र तिनलाई सुरक्षित तरिकाले फाल्नुपर्छ।
• ख.ओजोन तहलाई हानि नगर्ने विकल्प प्रयोग गर्नुपर्छ। हाइड्रोफ्लोरोकार्बन (HFCs) मा क्लोरिन नहुने भएकाले CFC को सट्टा यसको प्रयोग हुन थाल्यो। तर यो पनि शक्तिशाली हरितगृह ग्यास हो। त्यसैले सन् 2016 मा मोन्ट्रियल प्रोटोकलमा गरिएको संशोधन (किगाली संशोधन, Kigali Amendment) अनुसार यसको प्रयोग पनि क्रमशः हटाइँदै छ। यसको सट्टा आइसोब्युटेनजस्ता ग्यास प्रयोग हुँदै छन्। अहिले धेरै नयाँ फ्रिजमा आइसोब्युटेन प्रयोग गरिन्छ।
• ग.नाइट्रोजनयुक्त मलबाट नाइट्रस अक्साइड निस्कन्छ र यसले पनि ओजोन तहको ह्रास गराउँछ। त्यसैले नाइट्रोजनयुक्त मल बालीलाई चाहिने जति मात्र प्रयोग गर्नुपर्छ।
• घ.पेट्रोल र डिजेलबाट चल्ने सवारी साधनबाट नाइट्रोजनका अक्साइड निस्कन्छन्। त्यसैले यस्ता सवारी साधनको प्रयोग घटाएर विद्युतीय सवारी साधनको प्रयोग बढाउनुपर्छ। नेपालमा धेरैजसो बिजुली नदीबाट उत्पादन हुने भएकाले विद्युतीय सवारी साधनका लागि नेपाल उपयुक्त देश हो।

सन् 1772 मा स्कटल्यान्डका वैज्ञानिक डेनियल रदरफोर्ड (Daniel Rutherford) ले एउटा प्रयोग गरेका थिए। मैनबत्ती बलेर निभिसकेको र मुसाले सास फेरिसकेको हावामा पनि एउटा ग्यास बाँकी रहेको उनले पत्ता लगाए। यो ग्यासमा न वस्तु बल्थे न जीव बाँच्थे। सन् 1790 मा फ्रान्सेली रसायनशास्त्री जाँ-आन्त्वान शाप्ताल (Jean-Antoine Chaptal) ले यसको नाम नाइट्रोजन राखेका थिए। यो ग्यास नाइटर (शोरा, saltpetre) को एउटा भाग भएकाले यसको नाम “नाइटर बनाउने” अर्थ भएको नाइट्रोजन राखिएको हो।

नाइट्रोजन धेरैजसो ग्यासभन्दा कम प्रतिक्रियाशील हुन्छ। सामान्य अवस्थामा यसले कुनै पनि तत्त्व वा यौगिकसँग सजिलै प्रतिक्रिया गर्दैन। यसका दुई परमाणुलाई जोडेर राख्ने अति बलियो ट्रिपल बन्ड (N≡N) यसको कारण हो। तैपनि सजीवमा यो जताततै पाइन्छ। प्रोटिन, इन्जाइम, DNA र RNA मा नाइट्रोजन हुन्छ। केही चट्टान र खनिजमा पनि यो नाइट्रेटका रूपमा पाइन्छ।

प्रयोगशालामा नाइट्रोजन ग्यास बनाउने तरिका

प्रयोगशालामा सोडियम नाइट्राइट (NaNO₂) र एमोनियम क्लोराइड (NH₄Cl) को घोललाई बिस्तारै तताएर नाइट्रोजन बनाइन्छ:

$$\text{NaNO}_2 + \text{NH}_4\text{Cl} \xrightarrow{\Delta} \text{NaCl} + \text{N}_2\uparrow + 2\text{H}_2\text{O}$$

सावधानीहरू

1. उपकरण हावा नछिर्ने गरी जडान गर्नुपर्छ र मिश्रणलाई बिस्तारै तताउनुपर्छ। एक पटक प्रतिक्रिया सुरु भएपछि यसबाट आफैँ ताप निस्कन्छ र प्रतिक्रिया उग्र हुन सक्छ।
2. तताउनुअघि घोल बनाउनुपर्छ। सुक्खा एमोनियम क्लोराइडलाई तताउँदा यो प्रतिक्रिया नगरी ठोसबाट सिधै ग्यासमा परिणत हुन्छ। यसलाई ऊर्ध्वपातन भनिन्छ।

नाइट्रोजन ग्यासको परीक्षण

1. नाइट्रोजन भएको जारमा बलिरहेको काँटी घुसाउँदा काँटी निभ्छ र ग्यास आफैँ पनि बल्दैन। नाइट्रोजन न आफैँ बल्छ न अरूलाई बल्न मदत गर्छ। (कार्बनडाइअक्साइडमा पनि यस्तै हुन्छ, तर नाइट्रोजनले चुनपानीलाई दुधिलो बनाउँदैन।)
2. जोडले बलिरहेको म्याग्नेसियम रिबनलाई नाइट्रोजन भएको जारभित्र घुसाउँदा रिबन बलिरहन्छ र अन्त्यमा पहेँलो धुलो (म्याग्नेसियम नाइट्राइड) बाँकी रहन्छ। उक्त धुलोमा केही थोपा पानी राख्दा एमोनियाको गन्ध आयो भने जारमा भएको ग्यास नाइट्रोजन नै हो भन्ने निष्कर्ष निकाल्न सकिन्छ।

$$3\text{Mg} + \text{N}_2 \rightarrow \text{Mg}_3\text{N}_2 \qquad \text{Mg}_3\text{N}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow 3\text{Mg(OH)}_2 + 2\text{NH}_3$$

नाइट्रोजन ग्यासका भौतिक गुणहरू

1. नाइट्रोजन रङहीन, गन्धहीन र स्वादहीन ग्यास हो।
2. यो हावाभन्दा अलिकति हलुका हुन्छ।
3. यो पानीमा थोरै मात्र घुल्छ।
4. यो तटस्थ ग्यास हो, त्यसैले यसले लिटमस पेपरमा कुनै असर गर्दैन।
5. यो आफैँ बल्दैन र अरूलाई बल्न मदत पनि गर्दैन।
6. यो करिब −196 °C मा तरल र −210 °C मा ठोस अवस्थामा परिणत हुन्छ।

नाइट्रोजन ग्यासका रासायनिक गुणहरू

सामान्य अवस्थामा नाइट्रोजन निष्क्रिय हुन्छ। केही विशेष अवस्थामा भने यसले विभिन्न पदार्थसँग प्रतिक्रिया गर्छ।

1. नाइट्रोजनले हाइड्रोजनसँग प्रतिक्रिया गरी एमोनिया बनाउँछ। यसका लागि करिब 450 °C तापक्रम, उच्च चाप (हावाको चापको करिब 200 गुणा; पुस्तकहरूमा 200 देखि 500 atm दिइएको पाइन्छ), फलामको उत्प्रेरक चाहिन्छ। यही प्रक्रियालाई हेबर प्रक्रिया भनिन्छ। (धेरै पुस्तकमा प्रोमोटर (promoter) का रूपमा अलिकति मोलिब्डेनम पनि लेखिन्छ र तीरमाथि Fe/Mo लेखिन्छ, परीक्षामा यो मानिन्छ; आजका कारखानामा भने फलामलाई पोटासियम र एलुमिनियमका अक्साइडले सघाउँछन्।)

$$\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \xrightarrow[\text{Fe/Mo}]{450\,°\text{C},\ 200\ \text{atm}} 2\text{NH}_3 \ \text{(एमोनिया)}$$
2. नाइट्रोजनले अक्सिजनसँग प्रतिक्रिया गरी नाइट्रिक अक्साइड बनाउँछ। यो प्रतिक्रिया करिब 2,000 देखि 3,000 °C तापक्रममा, विद्युतीय चापमा वा चट्याङको झिल्कामा मात्र हुन्छ:

$$\text{N}_2 + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{विद्युतीय चाप}} 2\text{NO} \ \text{(नाइट्रिक अक्साइड)}$$
3. बलिरहेको म्याग्नेसियम, क्याल्सियम वा एलुमिनियमलाई नाइट्रोजनमा राख्दा धातुका नाइट्राइड बन्छन्:

$$3\text{Mg} + \text{N}_2 \xrightarrow{\Delta} \text{Mg}_3\text{N}_2 \ \text{(म्याग्नेसियम नाइट्राइड)}$$
$$3\text{Ca} + \text{N}_2 \xrightarrow{\Delta} \text{Ca}_3\text{N}_2 \ \text{(क्याल्सियम नाइट्राइड)}$$
$$2\text{Al} + \text{N}_2 \xrightarrow{\Delta} 2\text{AlN} \ \text{(एलुमिनियम नाइट्राइड)}$$

नाइट्रोजन ग्यासका उपयोगिता

1. युरियाजस्ता नाइट्रोजनयुक्त मल बनाउन चाहिने एमोनिया र नाइट्रिक अम्ल नाइट्रोजनबाट बनाइन्छ।
2. चिप्स र बिस्कुटजस्ता खानेकुराको प्याकेटमा नाइट्रोजन भरिन्छ। प्याकेटभित्र अक्सिजन नहुँदा खानेकुरा बिग्रँदैन र ग्यास भरिएकाले खानेकुरा थिचिँदैन पनि।
3. तातो टङ्गस्टेनको तार जलेर नजाओस् भनेर बिजुली बल्बमा नाइट्रोजन (प्रायः आर्गनसँग मिसाएर) भरिन्छ।
4. तरल नाइट्रोजन (−196 °C) मा वस्तुहरू जमाएर राखिन्छ। रगत, कोष र गाईभैँसीको कृत्रिम गर्भाधानका लागि नेपालका पशु चिकित्सकले प्रयोग गर्ने वीर्य यसरी नै जमाएर राखिन्छ। प्रयोगशालामा उपकरण चिसो पार्न पनि तरल नाइट्रोजन प्रयोग गरिन्छ।

1. सही उत्तर छान्नुहोस्

2. कारण लेख्नुहोस्

3. तलका प्रश्नको उत्तर दिनुहोस्

4. तलका रासायनिक समीकरण पूरा गर्नुहोस् र सन्तुलन गर्नुहोस्